宇宙エレベーター その実現は夢か現実か？
引用元：https://news.ycombinator.com/item?id=45640226
宇宙は近いのに、上に行くのがすっごく大変なんだよね。地球の呼吸できる大気って、地球のサイズと比べたらカミソリみたいに薄いんだ。100kmなんて街から街への距離より短いし、チャリで一日で行けるくらい。ちょっと走れば成層圏だよ。地図を見ると、全部がめちゃ薄く感じるよね！
『上に行くのは簡単、ロケット科学でもない』ってのは違うな。比較的簡単なのは上がることで、ロケット科学ってほどじゃない。難しいのは、上まで行って、そこに留まるために十分な速さで横に移動することだよ。
いやいや、横に速く行くのは簡単だって。効率的に上がるのが難しいんだよ。速すぎると摩擦とか熱、振動がヤバいし、遅すぎると重力に抗うエネルギーがもったいない。だから、ロケットが溶けたりエンジンが壊れたりしない程度の速度で、できるだけ早く大気圏を出るのがいいんだ。理想は音速のちょっと下だね。
空気吸い込み式のジェット機だと宇宙には到達できるけど、そこでずっと滞在することはできないんだよね。
教室にある普通の地球儀で言うとさ、地球の大気の厚さは、表面に貼ってある地図の紙の厚さくらいだよ。
その比喩、なんか違和感があったから調べてみたよ。計算すると、地球儀の上の大気は約0.1インチになるんだ。でも、紙の厚さは0.004〜0.012インチくらいだから、一桁以上もずれてるってことがわかった。地球儀のボール部分の厚紙くらいが妥当かなって感じだね。
1kgのものをLEO（800km）まで持っていくエネルギーって、位置エネルギーが約8MJで、速度エネルギーは約32MJかかるんだって。
物理的には無理じゃないと思うけど、今の技術じゃ宇宙エレベーターは作れないよ。今のエンジンより5～6倍も速い（マッハ20～30）空気吸い込み式ジェットが必要だけど、それはとんでもない話だけど、不可能じゃないかもね。X-30みたいな失敗例もあるけどさ。
地球の大気がいかに薄いかを、ウィキペディアのデータをもとに、紙の厚さに例えて説明してるんだね。大気の90%が16km以下にあるってのを、地球の直径に対して計算すると、たったの0.38mm、コピー用紙約4枚分になるんだって！50%の5.6kmなら1枚分。グローブと紙と大気の閾値次第で印象が変わるって話、面白いね。
https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Earth#Pressure_a…
https://www.wolframalpha.com/input?i=16+km++%2812%22+%2F+Ea…
https://www.wolframalpha.com/input?i=thickness+of+paper
https://www.wolframalpha.com/input?i=16+km++%2812%22+%2F+Ea…
https://www.wolframalpha.com/input?i=5.6+km+*+%2812%22+%2F+Ea…
もしアフリカが世界列強に支配されてたら、キリマンジャロって打ち上げ施設に最適だったろうね。標高が高いから薄い大気からスタートできて、燃料も少なくて済むんだって。Scaled CompositesとかVirgin Galacticみたいな空中発射システムと似た発想だけど、フリーフォールじゃないから点火タイミングの心配がないのが利点だね。
こういう仮説のオタクっぽい議論、マジで好き！きっとRedditのr/theydidthemathの人たちも気に入るだろうね。
その40 MJのエネルギーを生み出すのに必要なロケット燃料って、酸化剤も含めると1kg近くになるんだって。だから、1kgのペイロードをLEO速度まで加速させるのに必要なエネルギーは、もっとすごい量になるわけだ。
宇宙エレベーターって、最終的に十分な横方向の速度が得られる距離まで伸びるからすごいんだよね。Angela Collierの動画によると実用性は怪しいけど、クールなアイデアだ。
ロケットがHydroloxから移行した今、もっと環境に優しい打ち上げシステムがあったらいいのにね。https://www.youtube.com/watch?v=Z5aHMB4Tje4
Redditでの俺の初投稿は、ほとんど不死身の人が豆を食べておならを貯めて月に旅するっていう計算だったんだ。そのための数値の元になった論文も探しやすいよ。おならにメタンってそんなに多くないんだってことを学んだな。https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/1648028/
打ち上げ施設の最も大事な特徴は、飛行経路の下に人が住んでる地域がないことだよね。キリマンジャロだとモンバサが下流になっちゃう。
海抜より高い場所に打ち上げ施設を作るなんて聞いたことないけど、性能が少し上がったところで、物流の悪夢には見合わないだろうね。山の頂上に施設を建てるより、747で飛ばす方が簡単だよ。
ロケット方程式の「暴君」ってやつ、マジでやばいよね。なんで地上から再利用できる「アップチャッカー」みたいな初期加速システムがないんだろうって不思議なんだ。ジュール・ヴェルヌの巨大砲みたいに、ロケットが自力で飛ぶ前にアシストできたら、ペイロードを増やしたりロケットを小さくしたりできるのにね。動画によると、でかいロケットでは難しいけど、小さいのならあり得るかも。https://www.youtube.com/watch?v=lWYn5hl4QWg
海の薄さに気づいた時、マジで驚いたんだ。海ってすごく深いって思ってたけど、マリアナ海溝でさえ地球の半径のたった0.2%だし、平均深度だと0.05%くらいなんだって。
一番分かりやすかった説明だと、最初の9.8 m/s²の推力はただホバリングするのに使われるだけなんだって。だから、発生させるG力が高いほどエンジンの効率は上がるわけ。ただし、燃料1kgあたりの推力が下がりすぎなければね。宇宙空間では、0.01gでも長時間ミッションには有効な推進メカニズムになるけどね。
Webb望遠鏡の打ち上げ、実は上段エンジンが弱すぎて、ブースターが余計なエネルギー使って高く上げてたんだ。
でもL2まで行くには長い燃焼が必要だから、軽いエンジン運ぶ方が、重力に勝つパワー不足より良かったってわけ。最適な解決策だったんだね。
そんなに簡単じゃないんだよ。ロケット方程式は変わらず適用されるし、大気抵抗がなくなるだけ。失敗したら被害もデカい。
必要なデルタVは相変わらずバカでかいし、そのほとんどは高度じゃなくて軌道速度なんだから。
アンジェラ・コリア（Angela Collier）の動画で、宇宙エレベーターはちょっとありえないって言ってたよ。
スペースファウンテン、オービタルリング、スカイフックみたいな別のコンセプトの方が、もっと実現性がありそう。特に月でのスカイフックはかなりいけそうだね。
「一度上がれば軌道に乗せるのは簡単」って言うけど、「上がる」ってどこまで？
ChatGptによると、1000 kmから100 kmまで8分で自由落下だし、軌道速度には横方向に1.65Gも必要らしい。もし本物の宇宙エレベーターがあれば、静止軌道近くまで行けばエレベーターに引っ張られて横方向の速度も出るから、そこからは簡単に軌道に乗れるだろうね。
「ChatGptが1000 kmから100 kmまで8分で自由落下って言ってた」って言うけどさ。
たったs = 5t^2の計算なのに、LLMを信じて数学させたの？
「打ち上げサイトって射線下に人が住んでるところがないのが大事。キリマンジャロだとモンバサがダメだ」って話、あったよね。
これ、ゲーム「Halo: ODST」の筋書きの一部で、宇宙エレベーターの破片がニューモンバサに落ちてくるんだよ。
空気吸い込むジェット機って、本当にあんな速度出せるの？
ほとんどの超音速機は、ある程度行ったらロケット使うって思ってたんだけど。
Webbチームにはマジで頭が下がるよ。
でも、マネージャーがこんなに多くの完璧な連続イベントが必要なソフトウェアプロジェクトを提案してきたら、笑い死んでから「失せろ！」って言ってたね。
最初の画像が来た時は「ピカチュウの顔」になっちゃったよ。
やっぱりダグラス・アダムス（Douglas Adams）が正しかったよ。
「空を飛ぶにはコツがある。それは地面に身を投げ出して、そのまま外す方法を学ぶことだ」ってね。
横に進んでるんじゃなくて、ずっと落ちてるんだけど、somehow地面を外しながら軌道を回ってるってことなんだ。
デルタVって、なんだか単純化しすぎに感じるんだけど。
上に上がるのに負の加速度と戦って、横に行くのはそのほんの一部と戦ってるわけだろ？違うかな？
基本的に推力を切ったら、その高度をまた通過するか、軌道を離脱するしかないんだ。だから宇宙でロケットを噴射して軌道を円形にするか、地球の脱出速度である時速25,020マイル（秒速11.186km、時速40,270km）～マッハ32.6を超える必要があるんだ。空気抵抗が薄すぎて、どんな空気吸入エンジンも動かないよ。X-30はもっとずっと低いマッハ20を目指してた。核を使えば化学燃焼より現実的になるかもね。水素を使えば物理的には可能かもしれないけど、スペースシャトルの再試行よりもはるかに過酷な状況で、ものすごい推力を生み出す話になるよ。
「上に行くのが難しい」って？
いやいや、上に行くのは簡単だよ。フランス人のモンゴルフィエ兄弟、羊、アヒル、ニワトリが2世紀以上前に「上」の問題を解決したんだからね。でも「下」に行く方がはるかに難しいんだ。僕らの足元にはどんな不思議が隠されてるんだろうね。広大な洞窟、鉱石、地下海…たどり着くのが大変だけど。
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すごいね！ただ一つ訂正させてほしいんだけど、
「太陽からの粒子が大気にぶつかると、空気中の原子を励起させて、これらの励起された原子が光り始めて、オーロラと呼ばれる素晴らしい光の表示を作り出す」ってあるけど、プロセスはもう少し複雑なんだよ。現代の一般的な理解では、太陽風の圧力が高まることで磁気圏の尾が”収縮”（横から内側に押される感じ）して、磁力線の再結合が起きるんだ。再結合が起きると、地磁気双極子に結合したままの磁力線が粒子を地球に向けて加速させて、それが大気に衝突して原子を励起させ、オーロラが発生するんだよ。
オーロラの議論でSpace tornado（宇宙竜巻）に触れないのは、本質的に不完全だよ。必ずしも説明に必要ってわけじゃないけど、クールだからいつでも話題に出すべきだね。
https://en.wikipedia.org/wiki/Space_tornado
僕もGalactic Center filament（銀河中心フィラメント）についてはそう思うね。あれって一番 awe-inspiringな感じで「この宇宙領域は安全じゃない」って叫んでるみたいなんだ。150光年もの長さがあって、磁力で動く光速の竜巻が何百個もあるんだよ。
https://en.wikipedia.org/wiki/Galactic_Center_filament
https://science.nasa.gov/asset/webb/milky-way-center-meerkat…
これらはクールだね。衛星とかにどれくらい影響を与えるんだろう？どれくらい予測できるんだろう？まるで信じられないスピードで飛び回る、ほとんど見えない死のエネルギーの壁みたいだね！
それらは基本的に極地でしか起きないんだ。
そうだね。だから太陽風がオーロラを動かすエネルギーを提供してるんだけど、「太陽風の粒子が大気に直接ぶつかる」よりもっと間接的なんだ。太陽風は磁気圏の磁場にエネルギーを注入していて、再結合が起きると、この磁気エネルギーの一部が磁気圏の粒子に放出されて、その一部が大気にぶつかる可能性があるってことなんだね。
これは信じられないほど素晴らしい記事だった！スクロールして読み続けるのが止まらなかったよ。ある程度の年齢と好奇心を持った子供なら、度肝を抜かれるだろうね！作者がこれを作ってくれたことにとても感謝してるんだけど、「buy me a coffee」の支払い方法が、PayPalやApple Payじゃなくてクレジットカードか銀行の詳細を入力しないといけないのが残念だよ!!
PayPalやApple Payは取引手数料がかなり高いんだよ。クレジットカードの方が手数料は少なくて、銀行はほとんど無料だね。ほとんどのユーザーは知らないか、気にしてないから、選択肢があればそれを選んで、寄付を巨大企業に流しちゃうだろうね。
PayPalって他の決済サービスと手数料あんま変わんないんだよね。3%＋50セントくらい。buymeacoffee.comは5%かかるけど、固定費がないから少額の寄付にはいいかも。
使い捨てクレカとかどう？俺はEnvelope Budgeting使ってるよ。年間40ドルだけど、5000ドル以上使うと無料。Neal.funみたいなサイトには「Misc」カード使って、必要な時にチャージしてるんだ。
https://envelopebudgeting.com/
私はhttps://privacy.comを使ってるよ。合計利用額や利用頻度に制限をつけられるバーチャルカードを作れるんだ。
この意見、全然わかんないな。クレカを安全に扱うのが本業じゃないサイトに個人情報入れるより、Stripe（このサイトで使ってるやつ）みたいに、それが存在理由の会社に入力する方がいいに決まってるじゃん？
でもさ、いくらかの手数料を払っても、寄付がゼロよりはマシでしょ？PayPalとかApple Pay、Ko-Fiみたいに超便利なサービスを使えば、もっと多くの寄付が集まると思うよ。
＞Apple Pay take a significant cut of the transaction
これは違うと思うな。Apple Payはユーザーにも加盟店にも追加料金を課さないよ。
https://en.wikipedia.org/wiki/Apple_Pay#Cost
クレカや銀行情報入れずにPayPalでどうやって払うの？linkは結構有名なオンラインウォレットで、PayPalよりずっと使いやすいよ。
linkなんて聞いたことないし、それは知らないサイトと有名なブランドの違いだよな。クレカ情報入れるのをためらう気持ちは、全然難しくないと思うんだけど。
毎日48トン以上の隕石が地球に落ちてるって知ってた？宇宙エレベーターは物理的に不可能じゃないけど、ケーブルの強度や大気中での安定性の問題があって、まだSFの世界だね。月面エレベーターなら実現性高いけど、あんまり役に立たないだろうな。
宇宙エレベーターは物理法則に反しないけど、作れるかは別の話。ケーブルは自重やエレベーター、追加ケーブルの重さ、そしてとんでもない温度差にも耐えなきゃいけない。安全のためには、必要な重さの何倍もの強度が必要だし、もし落ちたら地球中に甚大な被害が出るよ。爆弾や隕石にも耐えなきゃいけないし、こんな素材、本当に作れるのかな？
エレベーターのケーブルが地球に落ちてくる問題は、基地を水上に設置することで解決できるって。もし上の方が切れても、ケーブルに爆薬仕込んでおけば、全部海に落とせるから大丈夫！
宇宙エレベーターの問題は、素材がないことだけじゃないんだ。これって、敵に石を落とせる究極の兵器になっちゃうから、権威主義的な国は建設前に破壊するはず。もし高所で壊れたら、超音速で落下して、地上の全てを破壊する可能性があるよ。だから、地球の平和が先じゃないと、実現は難しいね。
宇宙エレベーターの兵器化を心配する意味が分からないな。ステルス爆撃機や巡航ミサイル、ICBMもあるんだし。もしエレベーターを建てる側が爆弾を落としたかったら、結局落とされるでしょ。
宇宙エレベーターの議論って、ケーブルばっかりに集中しすぎだよな。その後の問題、例えばクライマーをどうやってケーブルに付けるかとか、どうやって電力供給するかとか、誰も話さない。36,000kmを時速200kmでも7.5日もかかるんだぜ？スループットが悪すぎて、Starshipみたいな再利用可能なロケットと比べたら、費用対効果が最悪。だから、宇宙エレベーターは実現不可能じゃなくて、役に立たないからSFのままだよ。
もっと大きな問題は、エレベーター本体だと思うよ。これを切って落とすのは、どんな兵器よりも破壊的になるはず。
もし磁場を使ってケーブルとの摩擦をなくせれば、地球の重力込みでも静止軌道まで116分で行けるんだって。低層大気での減速とか考慮しても、数時間で着くなら、すごく現実的だし快適だよね。
簡単なことじゃないよ。最初の数キロを切っても大した被害じゃないし、もっと上を切るには、何段ものロケットや精密な照準、かなりの威力が必要だ。だって、すごく頑丈な素材を切らなきゃいけないんだからね。もし宇宙エレベーターを作れるなら、そんな攻撃から身を守れるはず。もちろん、エレベーターに乗せる貨物は徹底的に検査しないとダメだけどね。
宇宙エレベーターは無理だよ。途中で10.2 km/s（36,720 km/h）もの速度になっちゃうから、ちょっとしたミスでケーブルに衝突して壊れる。10トンのクライマーを加速させるのに1.26 GWの電力が必要で、1 kVだと1,500,000 Aの電流になるんだ。こんな大電力を非接触で送れる方法なんてある？ケーブルが溶けちゃうよ。全然実現可能じゃないね。
宇宙エレベーターの乗り物がケーブルから外れると地球に落ちちゃうから、ロケットが必要だね。低高度では急角度で大気圏に突入しないように、高高度では大気圏を外すか浅い角度で入るように噴射。約4 km/s以上のΔVが必要かも。無人貨物カプセルなら不要だけど。ロケット打ち上げは上層大気への水注入でペイロード量に限界があるってのが宇宙エレベーターの利点だけど、Starshipがその限界に達する可能性もあるね。
「小さな不完全性や揺れでクライマーがケーブルに衝突」って言うけど、超電導リニアはレールから数センチ離れてるよ。ケーブルのカーボンナノチューブをそんなに雑に作ったら建設中に壊れてるはず。それに「1 kVで1,500,000 A」って話だけど、なんで1 kVなの？メガボルトの送電線だってあるんだし、それなら1500 Aまで電流を減らせるじゃん。1500 Aなんて発電所じゃ普通だし、超電導ケーブルも既に存在するんだから。
宇宙エレベーターへのテロ攻撃は、TVシリーズ「Foundation」の初回エピソードで描かれているよ。
https://foundation.fandom.com/wiki/Bombing_of_the_Star_Bridg…
想像通り、めちゃくちゃ悲惨なことになるんだ。
水がダメな理由って何？
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あれ、変だな。Foundationの初回エピソードしか見てないけど、そのシーンは覚えてないな。もっと引き込まれたかも。宇宙エレベーターへのテロ攻撃は、Kim Stanley Robinsonの「Blue Mars」でも重要なプロットなんだ。個人的には、Asimovの代表作よりあらゆる点で優れた作品だと思うよ。
地球の宇宙エレベーターは35,000 km以上の長さになるんだ。どこで壊れるかにもよるけど、地球の半分くらいを巻き込む可能性があるね。
ロシア、中国、イランなんかは、隣国にちょっとした武器が配備されるだけでも大騒ぎするよね。正直に言えばUSAもそう。宇宙エレベーターが攻撃される機会なんて、彼らは待ってないだろうね。
「超電導リニアはレールから数センチ離れてる」って言うけど、時速36,000 kmで走るリニアなんてないし、速度が2桁も違うじゃん。「メガボルトの送電線がある」って言うけど、それは長距離送電の話。狭い空間でそんな大電力を処理・変換できるの？高圧送電線の絶縁体の長さを見たことある？数センチの間に1 MVの電位差があったらどうなる？広いスペースが必要なんだ。列車は1 kVや15 kVを使うけど、俺の計算した10トンのクライマーより10～100倍重いから、電力も電流もそれだけ必要になるんだよ。
材料が過剰に供給されてる場合に限るよ。一般的に、材料にかかる構造負荷が高いほど壊れやすいんだ。だから、攻撃から守るには、ケーブル自身の重さやペイロードの重さ以上の強度が必要になるね。多分、ケーブルの自重の2倍、ペイロードの4〜5倍の強度が必要かも。それだけじゃなくて、ケーブルの縦方向だけでなく横方向にも優れた強度と極度の耐熱性も必要だ。だって、サーマイトをケーブルの一部に塗って着火したら、強度がいくらあっても意味ないでしょ？
マグレブ列車が時速36,000 kmで走るなんて聞いたことないし、空気抵抗で爆発するレベルだよ。1MVの電位差が数センチメートルでかかる回路の問題？宇宙空間なら問題ないし、電磁石のサイズは他の制約に合わせて調整すればいいでしょ。ケーブル自体を作るのが一番大変で、それができれば昇降システムは科学博レベルだよ。
成層圏に水蒸気が入ると、IR opacityが増えて地球温暖化を促進するし、オゾン層破壊も悪化させる可能性があるんだ。成層圏は乾燥してるから、ちょっとした水蒸気でも troposphereとは違って大きな影響が出るんだよ。
真空の dielectric strength は20kv/inchだよ。だからメガボルトの電位差には最低でも50インチの分離が必要だね。宇宙空間で電離放射線もあるのに、これはまるで vacuum tubeじゃないか。
核兵器一つでどんな現実的な sci-fi materialも破壊できるし、その誘導は安くて実績があるんだ。
防衛が必要なのは、基地や cargo podみたいに手の届きやすい部分だけだよ。上部を攻撃するには、高度な rocketsと targeting systemsが必要になるんだから。
宇宙エレベーターが壊れたら、ケーブルはまっすぐ落ちてくるって仮定してるけど、それって違うんじゃないかな？物理学者じゃないから、もし間違ってたら訂正してほしい。 catastrophic failureが起きたときに何が起こるのか、どう対処するのか知りたいな。
35000kmのケーブルの基部をどこに置くかが、残りの部分がどこに落ちるかに影響するって考えるのはどういうこと？宇宙から海に落ちても陸に落ちても、地球への被害にそんなに大きな差があるとは思えないんだけど。
最初は Kármán lineのことかと思って混乱したんだけど、これって geostationary anchorの話だよね？地球の円周とほぼ同じ高さってことか。
数十年前に教授が、宇宙エレベーターは carbon nanotubesの最高の活用法だって言ってたんだ。人類がこんなプロジェクトで団結して space explorationに進めればいいんだけど、ずっと sci-fiのままだろうなって感じてるよ。
変だな。俺が見たのは最初のエピソードだけだけど、その部分は覚えてないんだよな。たぶんシーズン2か3の最初のエピソードじゃないかな。他の人も言ってたけど、俺はシーズン1しか見てないから、やっぱり覚えてないわ。
結局さ、もしかしたら不可能なことに莫大なR＆Dを投資するってどうなの？
それより、実際に宇宙空間で色々なものを作ることに投資すれば、人間だけをそこに送り込めばいいわけだし。
「宇宙服を着るべきだ」っていうコメントの後の複葉機の部分（Caproni ca 161）に注目して、調べちゃったよ。1938年にイタリア人がMario Pezziに電熱式与圧服を着せ、気密ヘルメットを装着させ、与圧シリンダーに座らせて、プロペラ駆動の複葉機で17,083mの高度を飛んだって、漠然とすごい事実だね。その後ほとんど触れられてないみたいで、画像すら見つけにくいのが残念。Mario PezziのWikipedia：https://en.wikipedia.org/wiki/Mario_Pezzi_(aviator)
画像1：https://static.thisdayinaviation.com/wp-content/uploads/tdia…
画像2：https://www.enricopezzi.it/fam_pezzi/mario_pezzi/images/MP_1…
画像3：https://www.reddit.com/media?url=https%3A%2F%2Fi.redd.it%2F4…
